Оптические спектральные приборы - Скоков И.В.
Скачать (прямая ссылка):
2. БЕЗЛИНЗОВОЕ ОСВЕЩЕНИЕ ЩЕЛИ
Поверхностный источник. Поверхностным считается источник, размеры которого в направлении оси спектрального прибора пренебрежимо малы по сравнению с размерами светящейся поверхности.
Наиболее простой способ освещения щели — безлинзовый, т. е. без применения специальной осветительной системы. В этом случае свет от каждой точки источника освещает все точки щели, т. е. щель освещается равномерно. Вместе с тем на каждую точку щели падает свет от всех точек источника и не удается выделить свечение какого-либо определенного участка его поверхности.
Рассмотрим освещение щели при различном ее удалении от источника. При этом ввиду малости ширины щели по сравнению с ее высотой рассмотрение следует вести отдельно в горизонтальном и вертикальном сечениях (рис. 29). В горизонтальном сечении (рис. 29, а) условием заполнения световым пучком всего объектива будет
q!lx = Djfu
откуда
к = Я (fM, (39)
где DK —диаметр объектива коллиматора.
Если расстояние от источника до щели I < то часть света будет попадать на стенки спектрального аппарата и создавать вредный рассеянный свет. При I > 1Х возникают потери вследствие неполного заполнения светового диаметра объектива коллиматора.
В вертикальном сечении (рис. 29, б) необходимо учитывать высоту щели h. При I «=< 1г часть лучей, идущих от края источника, не попадает в объектив и не будет участвовать в построении изображения. В результате этого концы спектральных линий будут иметь меньшую интенсивность, чем их центральная часть (при равномерном освещении щели), т. е. будет иметь место виньетирование.
Рис. 29. Безлинзовое освещение щели поверхностным источником в горизонтальном и вертикальном сечениях:
/ — источник света в положении, обеспечивающем заполнение объектива без виньетирования; /' —источник света в положении, при котором в вертикальном сечёнии происходит виньетирование пучиа; 2 — щель; 3 — объектив коллиматора
59
Условие устранения виньетирования имеет вид
Если условия (39) и (40) не выполняются, то обычно используют линзу или систему линз, создающий действительное изображение источника на щели.
Объемный источник. В источниках, размеры которых вдоль оси спектрального прибора соизмеримы с размерами светящейся поверхности, необходимо учитывать объемный характер их сречеиия.
Объемные источники подразделяют на самопоглощающие и ие-самопоглощающие. В первом случае свет, идущий от дальних зон источника, поглощается в слоях, расположенных между этими зонами и выходным окном источника. В самопоглощающем источнике энергия от дальних зон уменьшается по экспоненциальному закону в зависимости от толщины слоя, вследствие чего при больших толщинах вклад дальних зон в интегральный поток весьма мал. При большом коэффициенте поглощения эффективно излучают только наружные слои, и источник по существу будет работать как поверхностный.
Световой поток от самопоглощающего источника (рис. 30) толщиной Ь с коэффициентом поглощения а определяется в виде
где Ф0 — световой поток, исходящий от некоторой зоны дх, расположенной на расстоянии х от ближней к щали: поверхности источника. При Ф0 = const
поэтому можно считать, что при b > Ьзф= I/а световой поток прак- i тически не зависит от толщины источника. ]
Световой поток от несамопоглощйющего Источника •Толщиной Ьщ I Ф “ Ф06,,ф. Поскольку большинство источников, применяемых на практике, приближенно можно считать непоглощающими, то при расчете полагают, что каждый элементарный слой источника вносит независимый вклад в интегральный световой поток. Поэтому освещение можно принять оптимальным, если для всех слоев источника выполняется условие (39). В тех случаях, когда (/х/<?) < (fi/DK,) следует использовать осветительную систему [31.
Рис. 30. Бе&Ч;ннзовые освещения щелк объемным источником
60
Рис, 31. Освещение щели с помощью однолинзового конденсора, ,
3. ОСВЕЩЕНИЕ ЩЕЛИ С ПОМОЩЬЮ КОНДЕНСОРОВ
Конденсор представляет собой лирзу (или систему линз), служащую для освещения щели. Задача конденсора — увеличить угловые размеры источника, освещающего щель.
Одиолинзовый конденсор представляет собой не исправленную на аберрации или ахроматическую линзу. Параметры однолинзового конденсора определяются расстоянием между щелью спектрального прибора и источником света, а также выбранным коэффициентом увеличения р.
Пусть источник 1 находится на расстоянии L от щели 3 и необходимо спроецировать его на щель с увеличением в (5 раз (рис. 31).
Фокусное расстояние конденсорной линзы fK находят из системы
уравнений
1 Их -Ь 1//2 = 1//к;
1гИх — Р; + 1% =
где 1г и 1г — расстояния от источника до конденсора 2 и от конденсора до щели. V.
Диаметр конденсора определяют из условия заполнения объектива
(ZV4) Зз (D/fi),
где Dx и /3 — диаметр и фокусное расстояние объектива 4 коллиматора. Если источник проецируется на щель в натуральную величину = 1% = Ы2, р = 1), то /к = L/4 и DK/fK 2D/fi. Таким образом, относительное отверстие конденсора должно быть по крайней мере в 2 раза больше относительного отверстия объектива коллиматора, а его фокус должен составлять четверть расстояния от источника до щели.
